Bài giảng Bê tông cốt thép - Chương 3: Nguyên lý tính toán cấu tạo

49
50
3.1. NỘI DUNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT
3.2. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BTCT
3.4. NGUYÊN LÝ CẤU TẠO
• Xác định tải trọng và tác động;
• Xác định nội lực và tổ hợp nội lực;
• Xác định khả năng chịu lực của kết cấu hoặc
tính toán tiết diện BTCT.
TÍNH 
TOÁN
• Chọn vật liệu (mác bêtông, nhóm cốt thép);
• Chọn kích thước tiết diện cấu kiện;
• Chọn và bố trí cốt thép, giải quyết liên kết 
CẤU 
TẠO
3.1. NỘI DUNG VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT
51
QUY TRÌNH THIẾT KẾ KẾT CẤU 
Bước 1: Chọn giải pháp kết cấu. 
Bước 2: Lập “sơ đồ kết cấu”, chọn sơ bộ kích thước tiết diện
Bước 3: Lập sơ đồ tính.” 
Bước 4: Xác định tải trọng, tính toán và tổ hợp tải trọng. 2737-
1995
Bước 5: Tính nội lực.
Bước 6: Tính cốt thép, kiểm tra khả năng chịu lực cấu kiện
Bước 7: Chọn và bố trí cốt thép
52
3.2. TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG
 Tải trọng là lực tác dụng lên kết cấu, xác định theo TCVN 
2737 – 1995;
 Tác động có nguồn gốc thiên nhiên như gió bão, động đất, áp 
lực nước ngầm, áp lực đất, sự thay đổi nhiệt độ 
3.2.1 Phân loại tải trọng
Tải trọng thường xuyên (tĩnh tải)
Tải trọng tạm thời (hoạt tải)
Tải trọng đặc biệt
53
Một số trường hợp tổ hợp tải trọng
54
3.2.2 Tải trọng tiêu chuẩn và tải trọng tính toán
• Tải trọng tiêu chuẩn qtc xác định theo các số liệu thực tế.
• Tải trọng tính toán q 
q = n.qtc
Hệ số độ tin cậy n (hệ số vượt tải). 
Theo tiêu chuẩn TCVN 2737 – 1995 
• n = 1,1  1,3 với tải trọng thường xuyên 
• n = 1,2  1,4 với tải trọng tạm thời. 
Với tải trọng thường xuyên khi tải trọng giảm mà làm cho kết 
cấu bị bất lợi lấy n < 1.
55
3.2.3 Cường độ tiêu chuẩn và cường độ tính toán
Trạng thái
Cấp độ bền chịu nén của bê tông (MPa)
B12.5 B15 B20 B25 B30 B35 B40
Cường độ 
tiêu chuẩn
Nén dọc trục RbnRb,ser 9.5 11 15 18.5 22 25.5 29
Kéo dọc trục 
Rbtn,Rbt,ser 1 1.15 1.4 1.6 1.8 1.95 2.1
Mô đun 
đàn hồi 
Ebx103
(MPa)
Đóng rắn tự nhiên 21.0 23.0 27.0 30.0 33.0 35.0 36.0
Dưỡng hộ nhiệt ở
áp suất khí quyển
19.0 21.0 24.0 27.0 29.0 31.0 33.0
Chưng áp 16.0 17.0 20.0 23.0 25.0 26.0 27.0
a. Bê tông
Cường độ tiêu chuẩn 
56
Cường độ tính toán
57
b. Cốt thép
Cường độ tính toán của cốt thép thanh (theo TTGH thứ I)
58
3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BTCT
Hiện nay trên toàn thế giới, kết cấu BTCT được tính toán theo phương 
pháp trạng thái giới hạn (TTGH).
Trạng thái giới hạn là trạng thái mà từ đó trở đi kết cấu không còn 
thỏa mãn những yêu cầu đặt ra cho nó. 
Kết cấu BTCT được tính toán theo hai nhóm: 
 TTGH thứ 1 (về khả năng chịu lực)
 TTGH thứ 2 (về điều kiện sử dụng bình thường)
59
Bảo đảm khả năng chịu lực cho kết cấu:
 Không bị phá hoại do tác dụng của tải trọng và tác động;
 Không bị mất ổn định về hình dáng hoặc về vị trí;
 Không bị phá hoại vì mỏi;
 Không bị phá hoại do tác dụng đồng thời của những nhân tố về 
lực và những ảnh hưởng bất lợi của môi trường.
Điều kiện tính toán : S Sgh
3.3.1. Trạng thái giới hạn thứ nhất về độ bền (độ an toàn)
60
Bảo đảm cho kết cấu :
 Không có khe nứt;
 Không bị biến dạng quá mức.
 Khi tính toán theo TTGH thứ hai thì dùng tải trọng tiêu chuẩn và 
cường độ tiêu chuẩn của vật liệu.
Kiểm tra sự hình thành và mở rộng khe nứt acrc agh
Kiểm tra biến dạng f fgh
3.3.2. Trạng thái giới hạn thứ hai về điều kiện làm việc 
bình thường
61
Một số trường hợp cần thiết phải tính toán theo TTGH thứ hai:
o Kiểm tra độ võng cho dầm có nhịp 7m
o Kiểm tra nứt cho dầm có nhịp 10m ; kết cấu lắp ghép, bể chứa 
chất lỏng, chất khí 
62
3.4. NGUYÊN LÝ CẤU TẠO
3.4.1. Hình dáng và kích thước tiết diện
Chọn hình dạng và kích thước tiết diện phải bảo đảm:
 Khả năng chịu lực
 Độ cứng
 Độ ổn định
 Tiết kiệm vật liệu 
 Điều kiện thi công
 Bảo đảm mĩ quan công trình
Hàm lượng cốt thép  đánh giá sự hợp lí của kích thước tiết diện
63
3.4.2. Khung và lưới thép
Cốt thép đặt vào trong bê tông không được để rời mà phải 
liên kết chúng lại với nhau thành khung hoặc lưới.
3.4.3. Cốt thép chịu lực và cốt thép cấu tạo
Thép chịu lực
Được xác định hoặc hoặc kiểm tra bằng tính toán để chịu các 
ứng suất do tác dụng của tải trọng.
Thép cấu tạo: thường không cần tính toán, được đặt theo quy 
định, theo kinh nghiệm, có tác dụng
•Liên kết cốt chịu lực thành khung / lưới;
•Giảm co ngót không đều;
•Chịu ứng suất do nhiệt độ thay đổi; 
•Phân bố tác dụng của tải trọng tập trung, vv
64
3.4.2. Chọn và bố trí cốt thép
Trong cùng 1 tiết diện chịu lực, không nên dùng quá nhiều loại 
đường kính cốt thép. Chênh lệch đường kính các cốt thép trong 
một tiết diện  6 mm
Đường kính cốt thép
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép
Được tính từ mép ngoài bêtông đến mép ngoài gần nhất 
của cốt thép
C (max, C0)
C0 được quy định cho từng cấu kiện
65
Khoảng hở của cốt thép
t (max, t0)
Khoảng hở t phải đủ rộng để vữa bê tông lọt qua và xung 
quanh mỗi cốt thép có một lớp bê tông đủ bảo đảm điều 
kiện về lực dính bám.
t0 tùy thuộc vào vị trí và cấu tạo của cốt thép
Neo cốt thép
s
an an an
b
Rl
R
  
Chiều dài đoạn neo được xác định theo công thức
66
Hình 3.2. Lớp bảo vệ và khoảng hở của cốt thép
67
Chiều dài đoạn neo ≥ l*an = an và lmin
68
Theo kinh nghiệm:
Trong vùng kéo: lan = (30  45) 
Trong vùng nén: lan = (15  20) 
Nối cốt thép
Có thể dùng cách:
Nối hàn, 
Nối buộc hoặc,
Ống lồng
 Hoặc có thể dùng coupler
69
70